DE1211715B - Niederdruck-Natriumdampfentladungslampe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIj

Deutsche Kl.: 2If- 82/01

Nummer: 1 211715

Aktenzeichen: A 31986 VIII c/21 f

Anmeldetag: 6. Mai 1959

Auslegetag: 3. März 1966

Die Erfindung betrifft Niederdruckmetalldampf-Bogenentladungslampen, bei denen die Entladungsröhre, in der die Entladung zwischen in einem bestimmten Abstand voneinander angeordneten, elektronenemittierenden Elektroden stattfindet, in einem äußeren abgedichteten, evakuierten, lichtdurchlässigen Behälter eingeschlossen ist, der zur Isolation der Entladungsröhre gegenüber der Außenluft dient. Die Entladungsröhre enthält verdampfbares Natrium zusammen mit einem Edelgas, z. B. Neon und/oder Argon und Xenon. Die Aufgabe des Edelgases besteht darin, eine anfängliche Entladung zwischen den Elektroden während des Temperaturanstiegs der Entladungsröhre und der sich ergebenden Verdampfung des verdampfbaren Metalls bis zu einem Punkt zu unterhalten, an dem die elektrische Leitfähigkeit der Entladung verbessert und auf diese Weise die Lichtabgabe der Lampe erhöht wird.

Bei den Natriumdampflampen, die gewöhnlich hergestellt werden, ist die Entladungsröhre U-förmig ausgebildet. Diese Form hat man grundsätzlich gewählt, weil zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades bei der Umwandlung elektrischer Energie in Licht der lichtemittierende Bestandteil im Vergleich zu seinem Durchmesser sehr lang sein muß; die entsprechende Lampe ist, wenn sie U-förmig umgebogen ist, leichter zu handhaben und an einer elektrischen Stromquelle anzuschließen. Außerdem erhält hierdurch die Entladungsröhre eine gedrungene Form und eignet sich somit besser zum Einsetzen in einen äußeren Mantel, der gewöhnlich die Form eines Dewargefäßes aufweist, das die bei der Entladung entstehende Wärme speichert. Die gegenseitige Erwärmung der einen Seite der Lampe durch die andere Seite wirkt jedoch auf das Temperaturgleichgewicht der Oberfläche des lichtemittierenden Bestandteils ein, so daß einige relativ kalte Bereiche entstehen, in denen sich das metallische Natrium vorzugsweise absetzen kann.

Die Entladungslampen, die mit einer Entladung im Natriumdampf betrieben werden, arbeiten gewöhnlich mit einem Natriumdampfdruck in der Größenordnung von 10_^:i torr. Hierzu wird eine Natriumtemperatur von etwa 220° C benötigt. Falls diese Temperatur nicht erreicht oder überschritten wird, kann der Wirkungsgrad der Lampe sehr schnell verloren gehen. Infolge der naturgesetzlichen Eigenschaften der elektrischen Entladung in Natriumdampf bei diesen Drukken wird das ausnutzbare Licht nur in der Nähe der Innenfläche der Entladungsrohre emittiert. Auch innen in der Entladung selbst wird an und für sich Licht erzeugt. Dieses Licht kann aber die Außen-Niederdruck-Natriumdampfentladungslampe

Anmelder:

A. E. I. Lamp & Lighting Co. Ltd., London

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Robert Frederick Weston, Rearsby, Leicestershire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 6. Mai 1958 (14 473)

fläche der Entladungsröhre nicht erreichen und somit nicht nutzbringend emittiert werden.

Um trotz dieser Erscheinung die von einer solchen Lampe abgegebene Lichtmenge bei vorgegebener Leistungsaufnahme zu steigern, ist es bekannt, der Entladungsröhre einen solchen Querschnitt zu geben, daß das Verhältnis »Umfangsfläche zu Volumen« möglichst groß wird. Hierzu wurden Entladungsröhren mit einem abgeflachten Querschnitt oder auch mit einem U-förmigen Querschnitt verwendet. Um die mechanische Stabilität solcher Entladungsröhren gegenüber Implosionen zu erhöhen, wurden bereits Entladungsröhren gebaut, bei denen die einzelnen Abschnitte mit U-förmigem Querschnitt so aneinandergereiht waren, daß sich die »Us« abwechselnd nach der einen und nach der anderen Seite öffneten. Diese Maßnahmen werden auch bei der Entladungslampe nach der Erfindung angewendet.

Die Aufgabe, den Wirkungsgrad einer Natriumdampfentladungslampe durch besondere Ausgestaltung des Querschnitts der Entladungsröhre zu steigern, ist somit gelöst. Es verbleibt jedoch eine weitere Aufgabe, nämlich die Verlängerung der Brenndauer einer solchen Natriumdampfentladungslampe zu lösen. Wodurch die Brenndauer einer Natriumdampfentladungslampe beeinträchtigt ist, soll aus der folgenden Erörterung klar werden:

Damit der Natriumdampf den notwendigen aktiven Bestandteil bei der elektrischen Leitung der Bogenentladung bilden kann, wünscht man, daß allein der Spannungsgradient innerhalb der Edelgasfüllung

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größer als der Spannungsgradient sein soll, den man erhält, wenn der Natriumdampf zugegen ist. Falls das metallische Natrium aus einem Abschnitt längs der Entladungsröhre z. B. infolge der Schwerkraft, wenn die Lampe aus ihrer waagerechten Lage geschwenkt wird oder durch mechanische Schwingungen entfernt sein sollte, dann wird der Teil der Lampe, der von Natrium frei ist, infolge des höheren Spannungsgradienten heißer als die übrige Entladungsröhre.

Dadurch, daß eine heiße Zone in Längsausdehnung der Lampe hergestellt wird, wird das Metall fortlaufend an dieser Stelle verdampft, deren Größe mit der Zeit zunimmt. Die Diffusion des Metalldampfes zur heißen Stelle zurück reicht fast durchweg nicht aus, um den Verlust durch Destillation zu kornpensieren; der Mangel an Metalldampf in der Bogenentladung ergibt also eine beträchtliche Verringerung der Lichtabgabe der Lampe an diesem Punkt. Eine weitere Verringerung des von der Lampe abgegebenen Lichtes wird dadurch bewirkt, daß das Destillat an den kälteren Abschnitten der Röhrenwand haftet und dadurch die Lichtemission an diesen Punkten behindert.

Es zeigt sich aus dieser Betrachtung, daß es notwendig ist, in der Entladungsröhre einen radialen Temperaturgradienten aufrechtzuerhalten und einen axialen Temperaturgradienten zu unterdrücken. Vermeidet man einen kreisförmigen Querschnitt der Entladungsröhre, wie es zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Lampe bekannt und üblich ist, bildet man den Querschnitt also so aus, daß sich innerhalb der Entladungsröhre Vertiefungen bilden, so ist die eben gestellte Forderung bereits erfüllt, da diese Vertiefungen kühler bleiben und da daher das Natrium dort kondensieren kann. Bedingung für die Verlängerung der Brenndauer einer Natriumdampfentladungslampe ist jedoch, daß das Natrium auch wirklich in diesen Vertiefungen liegen bleibt, also nicht etwa durch Schwingungen herausgeschüttelt wird oder, wenn die Lampe senkrecht montiert wird, auf Grund der Schwerkraft herausfließt. Zur Frage, wie diese Schwierigkeit gelöst werden kann, tragen die bisher bekanntgewordenen Maßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer Natriumdampfentladungslampe nichts bei.

Diese Schwierigkeit wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wandungsteile des Entladungsrohres, die die Vertiefungen bilden, so dicht sich gegenüberstehend angeordnet sind, daß zwischen ihnen Natriummetall festgehalten wird. Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung wird die naturgesetzliche Erscheinung der Oberflächenspannung zwischen Natrium und dem Material der Entladungsröhre bzw. von den Kapillarkräften Gebrauch gemacht.

Um diese erfindungsgemäße Lösung anwenden zu können ist es besonders günstig, wenn man dem Querschnitt der Entladungsröhre eine U-förmige oder eine sichelförmige Gestalt gibt.

Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren näher erläutert.

F i g. 1 ist eine Längsansicht einer Metalldampflampe mit zwei Enden gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist ein Querschnitt an der Linie A -A der

Fig.l;

F i g. 3 ist ein Querschnitt an der Linie B-B der Fig.l.

Wie in den Figuren zu sehen ist, wird die Lampe aus einem röhrenförmigen, durchsichtigen, äußeren Behälter 1 gebildet, der an beiden Enden von je einem Fuß 2 abgeschlossen ist, durch den die stromführenden Drähte hindurchgehen; in dem einen Ende befindet sich ein Absaugstutzen 3, der während der Herstellung zur Evakuierung des äußeren Gefäßes gebraucht wird.

Das äußere Gefäß gewährt den Lampenteilen, die in ihm enthalten sind, einen mechanischen Schutz; da er im starken Maße evakuiert ist, verhindert er eine Abkühlung der inneren Teile durch eine Wärmeableitung der Außenluft.

Innerhalb des äußeren Gefäßes ist eine Glasrohre 4 gehaltert, die für sichtbares Licht durchlässig ist und als Wärmeabschirmung dient. Die Wärmeabschirmung hat die Eigentümlichkeit, daß sie einen beträchtlichen Anteil der infraroten Strahlung absorbiert, die von einer Entladungsröhre 5 emittiert wird, die innerhalb der Wärmeabschirmung untergebracht ist. Die Infrarotenergie, die von der Wärmeabschirmung absorbiert wird, wird als Infrarotenergie etwa zu 50 % in die Entladungsröhre und zu 50 % nach außen geworfen. Eine beträchtliche Verringerung der Energieverluste der Entladungsröhre hängt damit zusammen, daß die Entladungsröhre eine höhere Temperatur bei einer gegebenen elektrischen Eingangsleistung erreicht, als es der Fall wäre, wenn man die Wärmeabschirmung wegläßt.

Die Entladungsröhre ist aus einem Stück einer Klar- oder Blankglasröhre hergestellt, das während der Fertigung mit einem lichtdurchlässigen, gegen Natrium widerstandsfähigen Material überzogen wird, das gewöhnlich ein anderes Spezialglas ist. Die Entladungsröhre ist an beiden Enden mit je einem Fuß 6 nach einem in der Lampenindustrie bekannten Verfahren abgeschlossen. Durch beide Füße laufen entsprechende stromführende Leitungsdrähte 7 hindurch, die an ihren nach außen herausragenden Enden mit den Leitungsdrähten in Verbindung stehen, die durch die äußere Hülle hindurchgehen. Der eine Fuß enthält ein Röhrchen 8, durch das die gesamte Luft und unerwünschte eingeschlossene Gase aus der Entladungsröhre während der Herstellung herausgepumpt werden können. Das geschmolzene Natriummetall und die erforderliche Menge chemisch inaktiver Edelgase, z. B. Neon und/oder Argon und Xenon, können in die Entladungsröhre durch das Absaugröhrchen eingelassen werden, das dann während der Fertigung abgeschmolzen wird.

Die durch den Fuß der Entladungsröhre hindurchgehenden Leitungsdrähte tragen ein Kathoden-Anoden-System 9, an dem die Bogenentladung innerhalb der Entladungsröhre während der gesamten Lebensdauer der Lampe zustande kommt.

Das äußere Gefäß und die Wärmeabschirmung sind röhrenförmig ausgebildet, während der Querschnitt der Entladungsröhre gegenüber der runden Form in eine besser ausnutzbare Form während der Fertigung abgeändert ist, indem zweckmäßigerweise die Wand 10 mit einem anfänglich kreisförmigen Querschnitt zu einer Sichel verformt wird, während sich die Röhre durch Erwärmung in einem plastischen Zustand befindet. Die Form der in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Bereiche kann, wie in den Fi g. 2 und 3 zu sehen ist, unterschiedlich sein; die verformten Abschnitte sind dabei von Abschnitten getrennt, die ihren ursprünglich kreisförmigen Querschnitt beibehalten haben. In Längsrichtung verlaufende Vertiefungen 12 sind dann zur Aufnahme des metallischen

Natriums entstanden. Die Schwächung der Entladungsröhre infolge der Verformung wird dadurch kompensiert, daß die Entladungsröhre in dem äußeren, evakuierten Gefäß 1 eingeschlossen ist, so daß keine beträchtliche Druckdifferenz zwischen beiden Seiten der Wand der Entladungsröhre auftritt.

Wenn die Entladungsröhre 5 U-förmig ist, weist der gesamte Abschnitt der Röhre, der die Rundung des U bildet, einen kreisrunden Querschnitt auf; die Verformung der Röhre ist dann also auf die Schenkel beschränkt.

Die Vertiefungen dienen dazu, das geschmolzene Metall durch die Kapillaranziehung an einer Abwanderung infolge von Vibrationskräften oder infolge der Schwerkraft zu hindern. Auf diese Weise bleibt das geschmolzene Metall in der ganzen Röhre gleichmäßig verteilt.

Die Vertiefungen sollen aus diesem Grunde einen genügend kleinen Durchmesser erhalten, damit sich eine entsprechende Kapillarwirkung erzielen läßt, die notwendig ist, um das geschmolzene Metall gegen die Wirkung irgendwelcher Verschiebungskräfte festzuhalten, die während des Betriebes auftreten können. Wenn das Metall zu Anfang eingegeben wird, wird es über die gesamten Vertiefungen gleichmäßig verteilt und bleibt während des Betriebes in den Vertiefungen größtenteils in flüssigem Zustand zurück, während nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Metalls verdampft wird. Auf diese Weise wird die Lichtstärke der Lampe beibehalten, da die Resonanzausstrahlung des verdampften Metalls über die ganze Länge der Entladungsstrecke gleichmäßig verteilt bleibt.

Vertiefungen aufweist, die von der Bahn der Entladung entfernt und zudem so angeordnet sind, daß sie in aufeinanderfolgenden Längsabschnitten des Entladungsrohres auf entgegengesetzt liegenden Seiten der Achse der Entladung liegen, bei der das Entladungsrohr an jedem Ende mit einer elektronenemittierenden Elektrode versehen und mit einem Edelgas sowie mit metallischem Natrium gefüllt ist und in einen äußeren evakuierten, abgeschmolzenen und wärmedämmenden Behälter eingesetzt ist, und bei der sich zwischen dem Entladungsrohr und diesem Behälter eine lichtdurchlässige, wärmeisolierende Schutzhülle befindet, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wandungsteile (10,11) des Entladungsrohres (5), die die Vertiefungen (12) bilden, so dicht gegenüberstehen, daß zwischen ihnen Natriummetall festgehalten wird.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Entladungsröhre, die von Abschnitten jeweils getrennt sind, deren Querschnitt kreisrund ist, einen sichelförmigen Querschnitt aufweisen.

3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre U-förmig ist.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Niederdruck-Natriumdampf entladungslampe mit einem Entladungsrohr, das längsverlaufende

35 In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 616 073, 613 900;

deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1736 195;

österreichische Patentschrift Nr. 196 504;

französische Patentschriften Nr. 1118 185,
861799;

britische Patentschrift Nr. 456 531;

USA.-Patentschrift Nr. 2135 480;

Buch von P. J. O ran je, »Gasentladungslampen«, (Philips techn. Bibliothek) 1943, S. 76 bis 78.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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